摘 要：文章三相永磁同步電機的缺相運行進行了分析，通過對其磁場定向控制的磁勢計算，進而推倒出三相永磁同步電機在缺相時的磁勢和電磁轉矩，為后期建立仿真模型，增強電機容錯控制能力奠定了理論基礎。

關鍵詞：三相永磁同步電機；缺相運行；磁勢計算

1 概述

在許多應用場合，驅動系統(tǒng)的故障會導致嚴重的后果，甚至對人身安全構成威脅。因此，要求驅動系統(tǒng)在發(fā)生故障時仍然能夠安全運行這一問題就顯得格外重要。在電機推進系統(tǒng)中，最常見的兩種故障類型分別是逆變器故障和電機本體故障。逆變器是電機驅動控制中最重要的部分，對電機進行變頻調速實際上就是反復開關逆變器中的電力電子器件，從而達到控制電機的目的。正因為如此，逆變器成為了驅動系統(tǒng)中工作最頻繁的一個部分，其發(fā)生故障的概率要高于其它故障原因。此外，需要注意的是，電機繞組可以通入電流感應磁場，是實現(xiàn)機電能量轉換的主要部件，因此，當繞組發(fā)生故障后也將直接影響到電機的穩(wěn)定運行。這兩種主要故障又可以細分為多種故障情況，具體如下：電機繞組開路故障；電機繞組短路故障；逆變器功率開關器件開路故障；逆變器功率開關器件短路故障。

當電機在運行中出現(xiàn)上述故障后，將會出現(xiàn)一系列的不良影響，這將造成整個電機推進系統(tǒng)可靠性的下降，主要表現(xiàn)為：電機的平均轉矩降低；電機的轉矩波動變大；氣隙主磁場發(fā)生畸變，由于一相或幾相發(fā)生故障，原本在空間中呈對稱分布的定子線電壓和線電流變?yōu)椴粚ΨQ分布；電機損耗增加，從而使得電機效率降低；電機溫升顯著提高，對電機內各部分的絕緣層造成破壞。文章主要針對三相永磁同步電動機（PMSM）的缺相運行來展開研究。

2 三相PMSM運用磁場定向控制方法時的磁勢計算

三相靜止坐標系包含的三相PMSM永磁同步電機的磁勢向量圖如圖1可見，已知想要讓定子線圈里流過的電流可以在電機內部達到幅值固定、轉速均勻的圓形磁動勢，定子線圈流過的電流一定得符合下列公式所示：

im為各相定子電流的幅值，θ為相應相的電流的相位差在各自空間上形成的夾角，Ns是各自有效串聯(lián)的線圈數(shù)，以A相為中點和氣隙附近空間位置形成的電角度為β。

三相PMSM定子線圈發(fā)出的總磁勢在三相穩(wěn)定運行狀態(tài)下的表達式為：

由磁場定向控制的學說可知，ψf與d軸重合，三相PMSM定子繞組產(chǎn)生的定子總磁勢所有都在q軸上，d軸和q軸成九十度夾角，即？琢=？茁=90°，而且定子總磁勢與永磁體磁鏈彼此影響發(fā)出電磁轉矩，采用磁場定向法永磁同步電機d-q坐標系下的磁勢圖如圖2，電磁轉矩的表達式為：

3 三相PMSM一相開路時磁勢與電磁轉矩分析

如三相PMSM定子線圈其中有某相開路，那么此開路相里沒有電流流過，即不存在產(chǎn)生磁勢的可能，為了便于推倒分析，這里設定開路相為A。其余正常運行相的電流和其產(chǎn)生的磁勢如下：

由Fs公式可以知道這時定子總磁勢可以視作為3個分量的集合，一個反轉分量，一個大于ω的正轉分量，還有一個是以ω運行的正轉分量。

利用隔離硬件故障的辦法，可以把電機線圈斷線、功率器件接觸不良和短路等電機驅動系統(tǒng)中頻繁出現(xiàn)的故障變換成電機缺相運行，從而簡化控制的復雜性。所以文章通過對三相永磁同步電機采用磁場定向控制方法時的磁勢計算，并對三相PMSM在一相開路時磁勢和電磁轉矩進行分析，建立了合理的數(shù)學模型，為后期創(chuàng)建仿真模型，增強電機容錯控制能力奠定了學術基礎。

參考文獻

[1]唐任遠，等.現(xiàn)代永磁電機—理論與設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[2]E.A. Klingshirn. High Phase Induction Motor Prat I Description and Theoretical Considerations[J].IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems，1983，Vol. PAS-102，1：47-53.

作者簡介：張金輝（1983，12-），男，碩士，研究方向：電氣工程及其自動化，河南工業(yè)和信息化職業(yè)學院。